基于单片机的TDS水质测试仪设计

苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计I学号137304233苏州市职业大学毕业设计题目基于单片机的___TDS水质测试仪设计学生姓名：专业班级：学院(部)：电子信息工程学院校内指导教师：校外指导教师：完成日期：2016年5月苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计II摘要本设计通过研究分析TDS（溶解性总固体）测量的原理，设计了一款以AT89S51单片机为核心的水质测试仪。本设计通过电导率测量电路实现电导率信号的采集，并采用温度传感器进行温度测量，使用温度补偿方法减小温度对电导率测量值的影响，通过单片机程序进行相关计算得出TDS值。设计包括信号采集电路、按键电路、测温电路、液晶显示电路。选用AT89S51作为该水质测试仪是由于其结构简单，操作容易，低成本。测量的TDS值对帮助人们了解水质情况起到了非常重要的作用。了解检测的水中各种参数，通过这些了解到水质的基本信息，并作出相应的调整计划。水质合格了，这样我们的生活才会有保障。关键词：水质检测AT89S51程序编写苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计IIIAbstractThisdesignthroughthestudyandanalysisoftheprincipleofTDS(totaldissolvedsolids)measurement,thedesignofaAT89S51microcontrollerasthecoreofthewatertestinginstrument.Thisdesignbyconductivitymeasurementcircuittoachieveconductivitysignalacquisition,andthetemperaturesensorfortemperaturemeasurementandtemperaturecompensationmethodtoreducethetemperatureinfluenceontheconductivitymeasurements,throughtheSCMprogramforcorrelationcalculationtoobtainthevalueofTDS.Thedesignincludessignalacquisitioncircuit,keycircuit,temperaturemeasurementcircuit,liquidcrystaldisplaycircuit.AT89S51asthewaterqualitytestinginstrumentisbecauseofitssimplestructure,easyoperation,lowcost.MeasurementoftheTDSvaluetohelppeopleunderstandthesituationofwaterqualityhasplayedaveryimportantrole.Understandingofthedetectionofvariousparametersinthewater,throughthesebasicinformationtounderstandthewaterquality,andmaketheappropriateadjustments.Thewaterqualityisqualified,soourlifewillbeguaranteed.Keyword:Waterqualitytesting,AT89S51,Programwriting苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计I目录摘要………………………………………………………………ⅠAbstract………………………………………………………………Ⅱ1绪论…………………………………………………………………11.1影响水质因素………………………………………………………………11.2水质检测的意义……………………………………………………………22系统的设计内容及方案……………………………………………32.1设计内容……………………………………………………………………32.2设计方案……………………………………………………………………33硬件电路设计……………………………………………………43.1元件选择……………………………………………………………………43.1.1AT89S51芯片…………………………………………………………43.1.2温度传感器DS18B20…………………………………………………53.2单片机最小系统……………………………………………………………63.3TDS测量电路………………………………………………………………63.4温度测量电路………………………………………………………………83.5按键测量电路………………………………………………………………93.6电源电路……………………………………………………………………93.7系统主电路…………………………………………………………………104系统软件设计………………………………………………………114.1程序设计……………………………………………………………………114.2系统程序流程………………………………………………………………115测试结果……………………………………………………………175.1软件调试……………………………………………………………………175.2硬件调试……………………………………………………………………175.1调试结果……………………………………………………………………17致谢………………………………………………………………18参考文献………………………………………………………………19苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第1页共19页1、绪论TDS是英文totaldissolvedsolids的缩写，中文解释为溶解性总固体，又称总含盐量，定义为水中含有各种溶解性矿物盐类的总量，它包含无机盐和有机物的总量，测量单位为毫克/升（1mg/L=1ppm），它表明1升水中溶有多少毫克溶解性总固体，或者说1升水中的离子总量。通俗的说，TDS值代表了水中溶解物杂质含量，TDS值越大，水中溶解物杂质越多，说明水中的可导电物质的杂质含量大。就自来水而言，TDS值越高越表明水不纯（不考虑有机物污染的前提）。通过检测溶解性总固体（TDS），可以分析水的总矿化度。TDS水质测试仪就是一种通过测量水的电导率来反映水质矿化程度的仪器。本设计研究的TDS水质测试仪主要对检测溶解于水中的总固体含量从而达到对水质进行检测试的仪器，该仪器是通过测量水的电导率来间接的反映TDS值。水的导电性越好，TDS值越大。理论上相同的水质不同的温度下的TDS值是一致的，而电导率与TDS值却是不一样的，温度影响溶液的电导率的。要求同样的水质不同的温度下测定的值都要一致，所以要精确测量不同水质不同水温下的TDS值，必须有温度补偿，通过测定的水温来进行TDS值的校正。目前市场上的TDS检测都是采用探针的方式，采用直流的方式，直接加电压于探针两极，测定两电极间的电压，得出电导率，再通过计算得出水的TDS值[1]。本设计研究的TDS水质测试仪只能检测到移动的电离子。随着社会的发展和科学的进步，TDS水质测试仪的发展越来越完善，它可以在保证基础性能上简化一些功能，这样的话不仅能适应很多环境，而且也具备了很强的价格优势，极大的提高了它的性价比！1.1影响水质的因素随着工农业生产的快速发展，以及随着人类的生产和生活，使有限的水资源更加的紧缺。在水资源如此紧张的情况下，我们要更加珍惜水资源，与此同时我们的检测部门也要做好对水质实时的检测工作，为民众的身体健康提供保障。影响水质的因素有很多种，只有经过不断地检测才能知道。就是对采取的水的样品进行各项指标的检测，分类，判断，最后总结出结果。检测的指标有这么几个方向:水的PH值，高锰酸盐指数，硫化物，石油类，锌，铜等等；这是一般的水，还有地下水的水质会包含PH值，溶解性总固体，总硬度，氧化物等等；除了这些还有用电子设备检测出来的因素，电子设备就是用不同的传感器进行检测，像PH值，温度，电导率之类的，一般仪器检测不到的。下面有一张表说明了不同的水质相对应不同的电导率范围。苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第2页共19页序列测量内容相对电导率变化范围1自来水-0.002-0.0022加入8mg硫酸亚铁-0.176-0.5673加入4mg硫酸亚铁-0.063-0.2524加入4mg氯化钾-0.509-0.8365加入2mg氯化钾-0.406-0.5316加入1mg氯化钾-0.048-0.2017加入2mg磷酸三钠-0.061-0.1958生活污水-0.283-0.2759某电气公司处理前水样-0.500-0.62210某电气公司处理后水样-0.478-0.41211加入汽油的水样-0.448-1.10412加入煤油的水样-0.620-0.8201.2水质检测的意义水质检测是针对水中的悬浮物、底泥、化学物质和水生态系统进行统一的检测，以此来监测水中污染物质的种类、浓度及其变化趋势，从而来评价水质状况等工作。主要检测项目可分为两大类：苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第3页共19页1、反映水质状况的综合指标，如温度、浊度、色度、pH值、溶解氧、电导率、悬浮物、化学需氧量等；2、以及测试水中的有毒物质，如酚、氰、砷、铅、铬、镉、汞和有机农药等。水质检测对于水污染控制和整个水环境保护方面起着至关重要的作用。对生活中的饮用水来说，如果水中含有有害细菌，如伤寒、霍乱、痢疾等病菌的时候，就会传播传染病。而当水中存在大量浮游微生物(如原生动物、藻类等)时，则会影响水质，并且产生臭味和导致水质颜色变化。那如果当水中混含有某些矿物质的杂质盐，同样也会引起各种各样的病症。好比饮用水中氟的含量如果过多，就会导致牙齿表面产生斑纹，从而会引起一种牙齿上的疾病——斑齿病，严重的患者可能会让牙齿完全溃坏。乃至于日常生活所排出的生活污水，也同样会传播各种疾病。因此，这也可以看出检测饮用水的水质，在人民饮水安全方面具有十分重要的意义。2、系统的设计内容及方案2.1设计内容本设计通过研究单片机的MSC-51系列的AT89S51芯片，将其作为系统的控制核心，然后通过按键来选择所需要的通道，并采用温度传感器来进行采集温度数据，再利用A/D转换器把模拟的信号转换为数字信号，然后把数据进行比较得出水质是否合格的判断！原理并不难，不过单片机的程序设计并不简单，这个需要不断地尝试与实验！2.2设计方案通过电导率采集电路中的信号，然而电导率的测量采用频率法，这个方法就是把电极和待测溶液的等效电阻作为一个多谐振荡电路的阻抗元件，将待测溶液的电导率变化转化为多谐振荡电路的输出频率。这个方法成本比较低，也比较容易实现！频率法TDS测量电路单片机最小系统电路单片机液晶显示电路按键电路温度测量电路图2-1苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第4页共19页3、硬件电路设计此次设计硬件电路系统的设计主要是由时钟电路、复位电路、温度测量电路、数码管显示电路组成。并且单片机最小系统就是由时钟电路，复位电路和单片机组成。3.1元件的选择3.1.1AT89S51芯片AT89S51单片机是MCS-51系列芯片的一个经典型号,这是具备一个低功耗且高性能CMOS8位单片机,芯片上包含8KISP可以擦一次又一次1000次闪电只读程序内存设备采用ATMEL公司的高密度非易失存储器制造技术,和MCS-51指令系统的标准和80C51相兼容的结构,一般8位CPU芯片集成和ISP闪存单元,功能强大的单片机AT89S51单片机为许多嵌入式控制应用程序提供具有成本效益的解决方案!图3-1为AT89S51的图片图3-1AT89S51引脚功能：（1）GND：接地（2）P0:8位的I/O口，是输出口，每一位都可以驱动逻辑电平。如果要访问外部程序或者数据时，也被看做是低8位地址数据复用。（3）P1：8位双向I/O口，拥有内部上拉电阻，P1输出